第19章：水動儀

    他們一邊說，一邊繼續走，經過了鎮子上的一個展覽館。造型奇特，像是山中的一顆明珠。

    展顧約說：“這個地方還沒有看過。”

    付爍說：“那就進去看看。”

    展覽館裏面放置着各式各樣的機電裝置。

    簡單機械:如槓桿、輪軸、滑輪等,用來演示力的傳遞和機械優化。

    磁懸浮:通過磁力實現懸浮。

    機械手臂:用來展示機器人的運動控制和靈活性。

    模型火箭發射器:用來展示火箭發射過程和物理原理。

    模型電梯:用來展示電梯的工作原理和安全知識。

    遊戲操作設備:用於交互式體驗，有飛行模擬器、汽車駕駛模擬器等。

    他們走過一個機械裝置，有長長的導軌和一些機關。

    付爍問：“這是什麼？”

    董趨看看下面的介紹，說：“這是水動儀。”

    付爍說：“我只聽說過渾天儀。地動儀。”

    中國天文學到漢代已有蓋天、宣夜和渾天等學派。蓋天說認爲，天如蓋，蓋心是北極，天蓋左旋，日月星辰右轉。宣夜說認爲天無定形，日月星辰“自然浮生虛空之中”，並不附着於“天體”之上。渾天說認爲天如蛋殼，地如蛋黃，天地乘氣而立，載水而行。

    宣夜說後來失傳了，蓋天、渾天兩說並行，競相爭鳴，比較科學的渾天說漸佔上風。同時，觀測天象的儀器也不斷出現，如武帝時落下閎製造了渾天儀，宣帝時耿壽昌又造了渾天儀，和帝時崔瑗的老師賈逵更製造了黃道銅儀。

    張衡繼承和發展了前人的成果。元初四年（公元117年），張衡造出來成就空前的銅鑄渾天儀。渾天儀主體是幾層均可運轉的圓圈，最外層周長一丈四尺六寸。各層分別刻着內、外規，南、北極、黃、赤道，二十四節氣，二十八列宿，還有“中”、“外”星辰和日、月、五緯等等天象。儀上附着兩個漏壺，壺底有孔，滴水推動圓圈，圓圈按着刻度慢慢轉動。於是乎各種天文現象便赫然展現在人們眼前。這件儀器被安放在靈臺大殿的密室之中。夜裏，室內人員把某時某刻出現的天象及時報告給靈臺上的觀天人員，結果是儀器上、天上所現完全相符。

    張衡先用竹篾製成一個模型，名曰“小渾”，進行了一系列的試驗和校正，然後才鑄作大儀。渾天儀是張衡血汗的結晶。他接着寫了《渾天儀圖注》和《漏水轉渾天儀注》兩本說明書，又撰成《靈憲》一部，繪製《靈憲圖》一份。

    早在南北朝時，北齊信都芳撰《器準》，隋初臨孝恭作《地動銅儀經》，都對地動儀有所記述，並傳有它的圖式和制作方法。王振鐸根據前人的猜測，討論了地動儀內部可能有的各種結構，最後推斷都柱的工作原理與近代地震儀中倒立式震擺相仿。具體說來，都柱就是倒立於儀體中央的一根銅柱，八道圍繞都柱架設。都柱豎直站立，重心高，一有地動，就失去平衡，倒入八道中的一道。八道中裝有槓桿，叫做牙機。槓桿穿過儀體，連接龍頭上頜。都柱傾入道中以後，推動槓桿，使龍頭上頜擡起，將銅丸吐出，起到報警作用。地動儀用精銅製成，圓經八尺，合蓋隆起，形似酒樽。表面作金黃色，上部鑄有八條金龍，分別伏在東、西、南、北及東北、東南、西北、西南八個方向。龍倒伏，龍首向下，龍嘴各銜一顆小銅球，與地上仰蹲張嘴的蟾蜍相對。地動儀空腔中央，立一根銅柱，上粗下細。銅柱周圍有八根橫杆，稱爲“八道”，各與一龍頭相連。銅柱是震擺裝置，八道用來控制和傳導銅柱運動的方向。在地動儀受到地震波衝擊時，銅柱就倒向發生地震的方向，推動同一方向的橫杆和龍頭，使龍嘴張開，銅球下落到蟾蜍嘴中，並發出響聲，以提示人們注意發生了地震及地震的時間和方向。一顆珠子放在平臺上，如果將哪方稍微往下一按，珠於就向哪方滾動。又如我們點亮一支蠟燭，將它放在一張不平的桌子上，它總會向低的一方倒。地動儀就是根據這些簡單的原理設計的。地動可以傳到很遠的地方，只不過太遠了人就感覺不到了，但地動儀能準確地測到。但是中國科學家認定地動儀的工作原理應該是“懸垂擺原理”，即地動儀是利用了一根懸掛柱體的慣性來驗震的，而非當在儀器底部簡單地豎立一根直立杆。

    付爍說：“那這個水動儀是怎麼做的？”

    董趨看看它的結構，說：“將水流中的水滴放大，考慮它的各種運動狀態，與周圍水滴的相互作用。”

    水對應八卦裏的坎卦。水動儀上面還刻有坎卦的圖形。

    有一個斜坡，用來模擬水滴的下落。斜坡的角度和長度可以根據需要自行調整。

    在斜坡的頂部安裝一個水滴模型，可以使用一個小球或者一個圓形的物體來代表水滴。可以將水滴模型固定在一個支架上，以確保它在斜坡上的位置穩定。

    在斜坡的底部設置一個接收器，用來接收水滴。接收器是一個容器或者一個漏斗，以便於收集水滴。

    在斜坡上設置一個機械裝置,用來模擬水滴的運動過程中遇到的東西。使用一個小輪或者一個擺動的杆子。調整機械裝置的位置和角度，以使它與水滴模型的運動軌跡相符合。可以通過不斷調整軌道、小輪、杆子等機械裝置的位置和角度，來模擬不同的水滴運動過程。

    開始模擬水滴的運動過程，將水滴模型從斜坡的頂部釋放，觀察水滴在斜坡上的運動過程，以及機械裝置的運動過程。記錄下水滴運動的軌跡和時間，以便於後續的分析和研究。水流中的水滴有很多，小球也可以增加到很多個。

    可以用機械裝置模擬水滴的運動過程，從而更好地理解水滴的運動規律和特性。也可以用它來輔助研究水滴的運動規律。